摘 要

纳米金属粒子的光学性质的应用是当今纳米科学界研究中的一大热点。针对纳米金属在偏振光传输的光学性质。本论文旨在从理论上定量研究球形金属纳米粒子及其偏振光的散射场特性，并研究粒子的尺寸及波长、材料等因素对光学性质影响，进而探讨由等离子体共振引起的强烈的光学吸收和散射。

本文介绍了目前偏振光和金属纳米粒子光学性质的主要理论研究方法的主要特点及最新进展。从理论上定量研究了纳米尺度的金、银金属的光学性质与其大小、波长等因素的具体关系，并互相比较，借助一些简单的物理模型，从定性及半定量的角度探讨纳米金属的光学特性。

本论文的结果表明：当纳米金球的半径减小时，其远场辐射图，并没有随之变化，当用半径为25纳米的金球仿真时，才出现了明显的变化。热损耗的范围随着半径的减小而衰减，并出现了明显的峰值右移。至于折射率、相对介电常数和趋肤深度都不随之变化。但把纳米金球更换为同样半径的纳米银球时，除了远场辐射图，其他光学特性都发生了变化。

本论文的特色在于：定量研究了金属纳米粒子的材料、尺寸、所处的环境等因素对其光学性质的影响，得到了较为准确的金、银纳米粒子线性光学性质的定量结果。其次，通过建立数学模型并求解麦克斯韦方程，首次系统地分析了纳米金属体系的偏振光特性。

关键词：等离子体共振技术；纳米金属粒子；光学性质；偏振光

Abstract

The optical characters of Nano metal particles are gradually becoming a hot spot in the Nano science field. The properties of Nano metal in polarized light transmission optical, this paper illustrates theory on the quantitative study of spherical metal nanoparticles and polarized light scattering field characteristics, and Study on the particle size and wavelength, material and other factors impact on the optical properties, and to explore by Plasmon resonance caused by the strong optical absorption and scattering.

In this paper, the main characteristics and the latest development of the theory of the optical properties of polarized light and metallic nanoparticles are introduced. From the theory of quantitative study on the nanometer scale gold and silver metal optical properties and the size and wavelength specific relationship, and compared with each other, with some simple physical model, from the perspective of qualitative and semi quantitative discussion on the optical properties of metal nanoparticles.

The results show that: when the nanometer gold ball radius decreases, and the far field radiation pattern, and no change, when with a radius of 25 nm ball simulation, before the emergence of the obvious change. The scope of the heat loss and attenuation with radius decreases, and the emergence of the peak shift obviously. As for the refractive index, relative dielectric constant and skin depth are not changed. But the replacement of the nano golden sphere to nano silver sphere in the same radius, in addition to the far field radiation pattern, other optical properties have changed.

The characteristics are as follows: quantitative studies of the factors that influence the optical properties of metal nanoparticles materials, dimensions, the environment, get the quantitative results of more accurate gold and silver nanoparticle linear optical properties. Secondly, by establishing the mathematical model and solving the Maxwell equation, the polarized light characteristics of the nano metallic system are analyzed for the first time.

Key words: plasma resonance technology; nano metal particles; optical properties; polarized light

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2 背景及现状 1

1.2.1 偏振光的相关研究 1

1.2.2纳米金属的相关研究 3

1.3主要内容及章节安排 4

第2章 理论基础 5

2.1偏振光理论模型 5

2.1.1 TE偏振光 6

2.1.2 TM偏振光 7

2.2 纳米金属的偏振光特性 8

第3章 仿真与分析 10

3.1 设计方案 10

3.2 软件设计 11

3.2.1 定义几何部分 11

3.2.2 材料选择 12

3.2.3 定义边界和初始条件 13

3.2.4 定义网格和其他参数 13

3.3 不同波长的纳米金球 14

3.4 纳米银球的光学特性 14

3.5 调试结果分析 14

第4章 结论与展望 28

参考文献 29

致 谢 30

绪论

1.1目的及意义

在研究偏振光的光学特性时，目前主要的纳米研究项目是纳米金属离子，因为纳米金属材料是很重要的，它被广泛的地应用到许多新的传感器，或者一些纳米电子学光子装置，例如像表面增强光谱的研究，宏观上看，也在许多生物医学纳米技术的很多领域发挥着极其重要的作用。科学家们已经开始非常深入的研究纳米的光学特性产生的影响。这是本文中，我们使用金纳米颗粒和银纳米颗粒两种纳米金属在偏振光中的性质的仿真和分析这两种纳米金属的光学性能的目的。

目前对于纳米金属的研究，大多都集中在自然光下的光学特性的问题，以及在光电的应用上如天线、光纤、传感器的，本文则填补了在偏振光条件下，纳米金属的光学特性的空白。